Важнейшим направлением повышения эффективности разработки месторождений стало строительство наклонно-направленных скважин с горизонтальным окончанием ствола (ГС). Результаты эксплуатации таких скважин однозначно доказали экономическую оправданность их бурения за счет кратного повышения их производительности. Горизонтальное вскрытие продуктивного пласта позволяет повысить коэффициент извлечения углеводородной продукции. В настоящее время наклонно-направленное бурение получило широкое распространение, в том числе и на месторождениях со сложными инженерно-геологическими условиями проводки. В ряде случаев бурение скважин с горизонтальным окончанием ствола является единственно возможным способом разбуривания площадей. Сложность решения ряда проблем, как, например, неполный вынос шлама при бурении и формы его скоплений на нижней стенке скважины, условия лавинного обрушения скоплений, поведение неустойчивых пластов в наклонном стволе и т. п., связана с принципиальным отличием процессов происходящих при бурении ГС, в отличие от аналогичных, вертикальных [1, с.10]. В значительной мере такие процессы зависят от конкретных условий геологического строения разбуриваемых месторождений.
Понимание процесса очистки ствола является ключом к предотвращению прихватов, непродуктивного времени и финансовых затрат.
Проблемы при бурении горизонтальных скважин:
– В вертикальных скважинах около 30 % всех прихватов связанны с очисткой. В скважинах с большим зенитным углом около 80 % всех прихватов связаны с очисткой.
– Хорошая реология для вертикального ствола не является хорошей в горизонтальной скважине.
– Оседание барита и шлама.
– Изменение эквивалентной циркуляционной плотности намного чувствительно к свойствам раствора.
На эффективность очистки ствола влияют: скорость вращения, Расход раствора, реология раствора, диаметр ствола, каверны, диаметр бурильной трубы, зенитный угол, турбулентное или ламинарное течение, размер частиц шлама, удельный вес раствора, расхаживание инструмента, процентное соотношение слайдирования, скорость проходки, устойчивость ствола, твердая фаза раствора (коллоидные частицы), степень дисперсности частиц шлама [2, с.32].
Существует два механизма для очистки ствола:
- Механическое удаление шлама — шлам выносится на дневную поверхность буровым раствором и ведет себя по разному в зависимости от зенитного угла скважины: от 0° до ±30°(Шлам находится во взвешенном состоянии — быстрая очистка. Направление движения раствора противоположно силе тяжести. Частицы шлама двигаются вверх, скользя в восходящем потоке вниз под действием силы тяжести. Плотность раствора постоянна.); от ±30° до ±65°(Средняя скорость очистки. Частица шлама двигается вверх, скользя в восходящем потоке вниз под действием силы тяжести. Плотность раствора тем выше, чем ближе к трубе. Все частицы шлама через 5–7 свечей окажутся на бурильной трубе. Высок риск образования и схода лавины. Запустить лавину может СПО, изменение производительности насосов, расхаживание или вращение инструмента.); больше ±65°(Медленная очистка. Направление движения раствора не противоположно силе тяжести и не препятствует осаждению. Частица шлама двигается вниз, падая в потоке под действием силы тяжести, образуют неподвижный слой шлама. Плотность раствора тем выше, чем ближе к трубе. Все частицы шлама (барита) через 1–2 свечи окажутся на бурильной трубе.), поэтому основные принципы для эффективной очистки ствола тоже разные.
- Диспергирование-фактически «растворяет» шлам в растворе. Может быть очень эффективным механизмом очистки неглубоких секций большого диаметра (от 400мм), буримых на растворе на водной основе.
На участке ствола с большим зенитным углом вязкие пачки неэффективны: они не могут перенести шлам далеко, независимо от типа пачки, более того, вязкие пачки вызывают проблемы:
– когда раствор перемешивается с вязкими пачками, его свойства резко ухудшаются;
– повышается ЭЦП, а также риск закупорки затрубного пространства вокруг КНБК;
– если вязкая пачка не вызывает увеличение выхода шлама на виброситах, зачастую делается опасный вывод — «ствол чистый», что не соответствует реальности [3, с.35].
На самом деле есть подвижный верхний слой и статичные нижние слои — это формирует уровни равновесия. Движение шлама происходит скачкообразно. Движение постоянное только у самого верхнего слоя. В каждой скважине с большим зенитным углом будет иметься слой шлама. Управление высотой слоя шлама — ключ к очистке скважины. Чистая скважина-это скважина с такой высотой и распределением слоя шлама, чтобы он не вызывал затруднений при работе. Она будет разная для различных операций (например, бурение, СПО, каротаж). Скважина чистая для бурения — это не тоже самое, что скважина чистая для СПО: во время бурения КНБК не протаскивают сквозь слой шлама. Самый большой риск прихвата — при подъеме инструмента. Скважина никогда не бывает полностью чистой, так как слой шлама всё равно существует. В скважинах с большим зенитным углом следует при любой возможности избегать обратных проработок и подъемов с циркуляцией (без вращения).
– Возможность поднять инструмент без циркуляции или обратной проработки есть мера снижения риска;
– Выбор любой практической процедуры или оборудования, которые принуждают вас производить обратную проработку, значительно увеличивает риск — обратная проработка или подъем с циркуляцией без вращения — это самые опасные операции в скважинах с большим зенитным углом и отходом от вертикали — максимальный риск прихвата, а также нарушения устойчивости ствола скважины. Однако обратную проработку можно производить безопасным образом при помощи надлежащего оборудования, процедур и терпения.
Риски при обратной проработке:
– прихват;
– поломки КНБК из-за вибрации;
– нарезание желобов;
– поглощения (если при закупорке ствола шламом вокруг инструмента превышен градиент гидроразрыва).
Обратная проработка сама по себе не повреждает ствол скважины. На самом деле, все проблемы создает эффект гидравлического удара — резкий скачок эквивалентной циркуляционной плотности ниже места закупорки ствола шламом. Зачастую полагают, что обвалочный шлам, появившийся после закупорок как раз и является причиной этих закупорок, но более вероятно, что закупорка ствола шламом как раз и создала обвалочный шлам из-за гидравлического удара [4, с.10].
Повышенное скопление шлама в скважине, свидетельствующее о недостаточной очистке ее от выбуренной породы, приводит к множеству осложнений и аварий. Во избежание подобных инцидентов рекомендуется вести учет объемов выбуренной породы в режиме реального времени, что позволит в кратчайшие сроки принять нужное решение, направленное на совершенствование показателей промывки скважины, как технических, так и гидравлических. Сочетание возможностей гидравлической программы промывки скважины и при необходимости, применение обратной промывки позволяет обеспечить качественную очистку ствола скважины и повысить эффективность бурения.
Литература:
- Матыцын В. И., Рябченко В. И., Шмарин И. С. Особенности процесса выноса шлама из горизонтальных и наклонных участков стволов скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2002. — № 3. — 10–12 с.
- Райхерт Р. С., Цукренко М. С., Органов А. С. Технико-технологические решения по очистке наклонно-направленных и горизонтальных стволов скважин от шлама // Нефть. Газ. Новации. 2016. № 3. — 28–35 с.
- Александров С. С., Лагуманов М. Г. Регулирование очистки скважины в процессе бурения //Бурение и нефть. 2013. № 2. 34–36 с.
- Технико-технологический уровень горизонтального бурения за рубежом.// сер. Строительствово нефтяных и газовых скважин на суше и на море. Обзорная информация, зарубежный опыт. М.:ВНИИОЭНГ, 1994 № 3–1–12 с.
